Rôle des protéines et des acides gras trans laitiers dans la variabilité de la réponse inflammatoire aux produits laitiers

Rôle des protéines et des acides gras trans laitiers

dans la variabilité de la réponse inflammatoire aux

produits laitiers

Thèse

Marine Da Silva

Doctorat en kinésiologie

Philosophiae doctor (Ph. D.)

Québec, Canada

© Marine Da Silva, 2017

Rôle des protéines et des acides gras trans laitiers

dans la variabilité de la réponse inflammatoire aux

produits laitiers

Thèse

Marine Da Silva

Sous la direction de :

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ÉSUMÉ

Les études épidémiologiques rapportent qu’une consommation adéquate de produits laitiers pourrait diminuer l’incidence du diabète de type 2 (DT2), une maladie chronique qui devrait concerner 10,8 % des Canadiens d’ici 2020. Bien que les mécanismes à l’origine de cette association demeurent inconnus, il a été suggéré que les produits laitiers pourraient diminuer l’inflammation systémique chronique, un facteur de risque du DT2. Toutefois, les produits laitiers ont un effet variable sur les marqueurs inflammatoires dans les études cliniques. L’effet des produits laitiers peut être influencé par le statut inflammatoire des individus, mais aussi par la composition en nutriments des différents produits laitiers. Les produits laitiers contiennent des protéines, des acides aminés et des acides gras, notamment des acides gras trans naturels, dont l’effet sur l’inflammation est méconnu. De plus, il a été démontré que les nutriments laitiers pouvaient réguler l’expression des gènes inflammatoires. Néanmoins, une approche mécanistique est nécessaire afin d’élucider le rôle des produits laitiers sur l’inflammation dans le but de prévenir l’apparition du DT2. Dans ce contexte, nous avons émis l’hypothèse que l’effet des produits laitiers sur l’inflammation était influencé par le statut inflammatoire des individus et par la composition en macronutriments des produits laitiers. L’objectif général des travaux présentés dans cette thèse était donc d’évaluer la contribution de ces deux facteurs sur l’inflammation.

Dans un premier temps, nous avons eu accès aux données alimentaires, anthropométriques et biochimiques de deux cohortes de participants recrutés dans la région de la ville de Québec. Les résultats nous montrent que la consommation de produits laitiers est inversement corrélée à la glycémie et à la tension artérielle chez les individus en santé. Cette consommation est également faiblement corrélée à la concentration de protéine C-réactive (CRP), mais ne corrèle pas avec les autres marqueurs inflammatoires (facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-α) et interleukine 6 (IL-6)). De plus, les concentrations dans les phospholipides plasmatiques des acides gras trans retrouvés spécifiquement dans la matière grasse laitière sont associées à la consommation de produits laitiers riches en gras, ainsi qu’à un taux d’adiponectine et à une tension artérielle plus favorables.

Dans un deuxième temps, nous avons développé des modèles cellulaires avec ou sans induction de l’inflammation au TNF-α, afin d’identifier les nutriments laitiers bioactifs. Les

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cellules ont été incubées pendant 24 heures avec des acides gras trans laitiers, des protéines ou des acides aminés, seuls ou en combinaisons. Les acides gras trans et les composés protéiques influencent peu les gènes inflammatoires dans les cellules saines. En revanche, lorsque les cellules sont stimulées avec du TNF-α pour induire l’inflammation, les acides gras trans laitiers, les protéines du lactosérum et leurs acides aminés majoritaires (leucine, isoleucine et valine) diminuent l’expression des gènes inflammatoires dans les cellules endothéliales. Les acides gras trans laitiers diminuent également l'excrétion des prostaglandines, mais augmentent la quantité de F2-isoprostanes dans les surnageants. De

plus, les acides gras trans laitiers sont retrouvés dans de grandes proportions dans les membranes cellulaires, modifiant ainsi le profil en acides gras, ce qui pourrait affecter le bon fonctionnement des récepteurs localisés dans la membrane. Enfin, l’incubation d’acides gras trans laitiers avec des composés protéiques laitiers ne révèle aucun effet additif ou synergique sur l’expression des gènes inflammatoires et les quantités d’eicosanoïdes dans les cellules endothéliales.

Les données générées vont en faveur d’un effet bénéfique des acides gras trans laitiers et des protéines du lactosérum sur l’inflammation. De plus, l’effet de ces macronutriments apparait uniquement dans les cellules en état inflammatoire, ce qui favorise l’hypothèse que l’effet des produits laitiers dépendrait du statut inflammatoire des individus. La composante cellulaire de ce projet a permis de mieux comprendre l’impact des différentes sources d’hétérogénéité sur la réponse inflammatoire. La mise en place d’études in vivo s’avère nécessaire afin de valider les sources majeures de la variabilité de la réponse inflammatoire aux produits laitiers.

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BSTRACT

Epidemiological data reported that an adequate dairy product consumption may lower the incidence of type 2 diabetes (T2D), a chronic disease which may concern 10.8 % of Canadians by 2020. Although the mechanisms underlying this association remain unclear, it has been suggested that dairy product intake may improve low-grade systemic inflammation, a key etiologic factor in the development of T2D. However, dairy products have mixed effects on inflammatory markers in clinical studies. The effect of dairy products could be mediated by the inflammatory status of the participants, as well as the nutrient composition of dairy products. Dairy products contain proteins, amino acids and fatty acids, specifically natural trans fatty acids, for which the effect on inflammation remains unclear. Furthermore, it has been demonstrated that dairy nutrients can regulate inflammatory gene expression. Nevertheless, a mechanistic approach is required to elucidate the role of dairy products on inflammation and the prevention of T2D.

Accordingly, we tested the hypothesis that the effect of dairy products on inflammation was influenced by the inflammatory status of the individuals and the macronutrient composition of dairy products. Therefore, the main objective of this thesis was to evaluate the contribution of those two factors on inflammation.

Firstly, dietary, anthropometric and biochemical data from two cohorts of individuals recruited in Quebec City were assessed. Results show that dairy product consumption is inversely correlated with glycaemia and blood pressure in healthy individuals. Dairy intake is also slightly correlated with plasma C-reactive protein (CRP) concentrations, without influencing other inflammatory markers (tumor necrosis factor alpha (TNF-α) and interleukin 6 (IL-6)). Moreover, concentrations of dairy trans fatty acids in plasma phospholipids are associated to high-fat dairy product consumption, as well as favorable adiponectin levels and blood pressure.

Secondly, we developed cell models, with or without induction of inflammation with TNF-α, to identify bioactive dairy nutrients. Cells were incubated for 24 hours with individual or combinations of dairy trans fatty acids, proteins or amino acids. Dairy trans fatty acids and dairy protein compounds do not influence inflammatory gene expression in healthy cells. Oppositely, dairy trans fatty acids, whey proteins and their major amino acids (leucine,

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isoleucine and valine) decrease inflammatory gene expression in TNFα-stimulated endothelial cells. Dairy trans fatty acids also lower prostaglandin excretion; yet they increase F2-isoprostane levels in cell supernatants. Moreover, dairy trans fatty acids are highly

incorporated into cell membranes, which modifies fatty acid profiles and possibly impairs the function of membrane receptors. Finally, co-incubation of dairy trans fatty acids and dairy protein compounds have neither an additive nor a synergic effect on inflammatory gene expression and eicosanoid levels in endothelial cells.

The present work suggests a beneficial impact of dairy trans fatty acids and whey proteins on inflammation. Further, the anti-inflammatory effect of these nutrients appears only in inflamed cells, which favors the hypothesis that dairy products may positively impact inflammation according to the inflammatory status of the individuals. The cellular approach is a useful tool to investigate the impact of the different sources of variability regarding inflammatory response to dairy products. Further investigations in vivo are required to validate the major sources of variability in animal models or in humans.

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ABLE DES MATIÈRES

Résumé ... iii

Abstract ... v

Table des matières ... vii

Liste des tableaux ... ix

Liste des figures ... x

Liste des abréviations et sigles ... xi

Remerciements ... xiv

Avant-propos ... xvi

Introduction ... 1

Chapitre 1 : Revue de littérature ... 4

1 L’inflammation ... 4

1.1 Généralités ... 4

1.1.1 Différents types d’inflammation ... 4

1.1.2 Le stress oxydatif ... 5

1.2 Mécanismes cellulaires de l’inflammation ... 7

1.2.1 Principales voies inflammatoires ... 7

1.2.2 Rôle des récepteurs activés par les proliférateurs de peroxysomes (PPAR) dans la diminution de l’inflammation ... 9

1.3 Inflammation et maladies métaboliques ... 10

1.3.1 Obésité, résistance à l’insuline et diabète de type 2... 10

1.3.2 Maladies hépatiques ... 11

1.3.3 Maladies cardiovasculaires ... 12

2 Les produits laitiers ... 13

2.1 Composition moyenne du lait ... 13

2.2 Produits laitiers et inflammation : une réponse variable ... 14

3 Les acides gras trans laitiers ... 17

3.1 La matière grasse laitière ... 17

3.1.1 Composition ... 17

3.1.2 Les acides gras de la matière grasse laitière en tant que biomarqueurs de la consommation de produits laitiers ... 18

3.1.3 Matière grasse laitière et santé cardiométabolique ... 20

3.2 Acides gras trans et inflammation ... 21

3.3 Études animales et cellulaires ... 24

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3.3.2 Acides gras trans mono insaturés naturels ... 26

4 Les protéines laitières ... 29

4.1 Composition en protéines du lait ... 29

4.1.1 Les caséines... 29

4.1.2 Les protéines du lactosérum ... 29

4.1.3 Composition en acides aminés ... 30

4.2 Protéines laitières et inflammation : études cliniques ... 31

4.3 Études animales et cellulaires ... 32

4.3.1 Protéines entières ... 32

4.3.2 Peptides et hydrolysats de protéines ... 34

4.3.3 Acides aminés ... 37

5 Combinaisons de nutriments ... 40

Chapitre 2 : Objectifs et hypothèse ... 42

Chapitre 3 : Associations between dairy intake and metabolic risk parameters in a healthy french-canadian population ... 43

Chapitre 4 : Natural rumen-derived trans fatty acids are associated with metabolic markers of cardiac health ... 72

Chapitre 5 : Trans fatty acids suppress inflammatory gene expression in endothelial (huvec) and hepatocellular carcinoma (hepg2) cells ... 96

Chapitre 6 : Whey protein hydrolysate and branched-chain amino acids downregulate inflammation-related genes in vascular endothelial cells ... 128

Chapitre 7 : Modulation of the biomarkers of inflammation and oxidative stress by ruminant trans fatty acids and dairy proteins in endothelial cells (huvec) ... 152

Chapitre 8 : Discussion et Conclusion ... 180

1 Principaux résultats ... 180

2 Forces et faiblesses ... 185

3 Perspectives des travaux ... 186

4 Conclusion ... 190

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ISTE DES TABLEAUX

Tableau 1. Les trois types d'inflammation et leurs caractéristiques... 4 Tableau 2. Composition moyenne du lait de vache ... 14 Tableau 3. Score inflammatoire en fonction de la catégorie de produits laitiers de 78

résultats issus de 52 essais cliniques évaluant l'effet des produits laitiers sur

l'inflammation. ... 16

Tableau 4. Essais contrôlés randomisés rapportant les effets des acides gras trans sur les

paramètres inflammatoires. ... 23

Tableau 5. Sommaire des études in vitro s'intéressant à l'effet des acides linoléiques

conjugués sur l'inflammation. ... 25

Tableau 6. Études précliniques rapportant les effets de l’acide trans-vaccénique (tVA) et

de l’acide trans-palmitoléique (tPA) sur l’inflammation ... 27

Tableau 7. Composition en protéines du lactosérum dans le lait. ... 30 Tableau 8. Études précliniques rapportant les effets des protéines laitières sur

l’inflammation ... 33

Tableau 9. Études précliniques rapportant les effets des peptides laitiers sur

l’inflammation ... 34

Tableau 10. Résumé des mécanismes selon lesquels les acides aminés du lait pourraient

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ISTE DES FIGURES

Figure 1. Nomenclature et formation des F2-isoprostanes à partir de l’acide arachidonique.

... 6

Figure 2. Représentation schématique des principales voies cellulaires menant à la

production de molécules inflammatoires ... 7

Figure 3. Représentation schématique de la voie de signalisation de NF-κB... 8 Figure 4. Mécanismes anti-inflammatoires des PPAR. ... 10 Figure 5. Représentation schématique des effets de la prise de poids à l’origine de

l’inflammation dans le tissu adipeux. ... 11

Figure 6. Dysfonctionnement endothélial chez les diabétiques de type 2 ... 12 Figure 7. Distribution du score inflammatoire de 78 résultats issus de 52 essais cliniques

évaluant l'effet des produits laitiers sur l'inflammation.. ... 15

Figure 8. Profil d'acides gras de la matière grasse laitière ... 17 Figure 9. Composition en acides aminés du lait de vache. ... 30 Figure 10. Composition en acides aminés des protéines du lait, des caséines du lait et

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ISTE DES ABRÉVIATIONS ET SIGLES

Abréviation Définition

α-LAC α-lactalbumine

ACE Enzyme de conversion de l’angiotensine (Angiotensin-converting enzyme) ADN Acide désoxyribonucléique

AGS Acides gras saturés AGT Acides gras trans

AP-1 Protéine activatrice 1 (Activator protein 1) β-LG β-lactoglobuline

BCAA Acides aminés ramifiés (Branched-chain amino acids) CCL5 Ligand de type chimiokine 5 (Chemokine ligand 5) CLA Acides linoléiques conjugués (Conjugated linoleic acids)

COX Cyclooxygénase

CRP DHA

Protéine C-réactive (C-reactive protein)

Acide docosahexaénoïque (Docosahexaenoic acid) DT2 Diabète de type 2

eNOS Synthase endothéliale de monoxyde d’azote (Endothelial nitric oxide

synthase)

EPA Acide eicosapentaénoïque (Eicosapentaenoic acid) F2-isoP F2-isoprostanes

FAS Cohorte « Génétique, acides gras oméga-3 et facteurs de risque cardiovasculaire »

HUVEC Cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (Human umbilical

vein endothelial cells)

ICAM-1 Molécule d’adhésion intercellulaire 1 (Intercellular adhesion molecule 1) IFN-γ Interféron gamma

IL Interleukine

IMC Indice de masse corporelle

iNOS Synthase de monoxyde d’azote inductible (Inducible nitric oxide synthase) LPS Lipopolysaccharide

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Abréviation Définition

MCP-1 Protéine chimiotactique de monocytes 1 (Monocyte chimoattractant protein

1)

MCV Maladies cardiovasculaires

NAFLD Stéatose hépatique non alcoolique (Non-alcoholic fatty liver disease) NF-κB Facteur nucléaire kappa B (Nuclear factor kappa B)

NHS Nurses’ Health Study

NO Monoxyde d’azote (Nitric oxide) PGE2 Prostaglandine E2

PGF2α Prostaglandine F2α

PPAR Récepteurs activés par les proliférateurs de peroxysomes (Peroxisome

proliferator-activated receptors)

RNS Espèces réactives de l’azote (Reactive nitrogen species) ROS Espèces réactives de l’oxygène (Reactive oxygen species) TLR Récepteur de type péage (Toll-like receptor)

TNF-α Facteur de nécrose tumorale alpha (Tumor necrosis factor-alpha) TNFR Récepteur du TNF-α (TNF receptor)

TXA2 Thromboxane A2

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Une thèse, c’est comme courir un marathon. On est excité au départ. On se questionne à mi-parcours. On frappe le mur à 30 km. Mais on se sent tellement fier à l’arrivée que l’on se dit que cela en valait la peine.

xiv

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EMERCIEMENTS

De par sa durée parfois jugée interminable, une thèse de doctorat ne peut pas bien se dérouler en restant seul dans son coin. C’est un travail acharné qui nécessite l’avis de ses pairs, mais aussi de quelques amis afin de conserver une bonne santé mentale. Ce sont ces personnes que je tiens à remercier dans cette section.

Tout d’abord, je remercie ma directrice de recherche, le Dre. Iwona Rudkowska, pour sa présence et sa disponibilité au quotidien. Elle a su me faire confiance alors qu’elle débutait tout juste sa carrière de chercheur. Merci de m’avoir poussée et donné l’opportunité d’écrire des articles, de participer à des congrès et de postuler aux concours de bourses. Merci également de m’avoir permis de faire des activités annexes, telles que la révision d’articles scientifiques. Toutes ces activités ont largement contribué à développer mon esprit critique, mais aussi à me faire sentir prête pour intégrer le monde du travail.

Je remercie le Dr. Olivier Barbier pour tout le support qu’il nous a accordé. Mon projet n’aurait pas pu avancer si vite sans son aide précieuse. Merci Olivier pour votre générosité et vos commentaires pertinents. Je remercie son équipe, les professionnels de recherche Mélanie et Jocelyn, ainsi que les étudiants Anna, Cyril, Valérie, Louis et Sarah, qui ont su répondre à mes nombreuses interrogations et me faire sentir un peu moins seule au laboratoire durant ces trois années.

Je remercie également les Drs. Pierre Julien et Jean-François Bilodeau, ainsi que leurs professionnelles de recherche Line et Jessica, pour leur contribution dans la réalisation de mes expériences et dans l’écriture des articles. Votre expertise sur les acides gras fut fortement appréciée et enrichissante. Merci pour votre disponibilité et votre réactivité, même lorsque les délais étaient courts.

Je ne remercierai jamais assez mon conjoint, Vincent, qui fut la personne au premier rang de mes différentes humeurs lors de mon projet. Il a partagé mes joies, mes craintes et parfois ma mauvaise foi durant ces quatre dernières années. Il a su à chaque fois me rassurer pour ne pas me faire perdre de vue mon objectif principal. Alors merci Vincent pour toujours me redonner confiance en moi ! Nous avons vécu de multiples aventures ensemble et d’autres nouveaux challenges nous attendent… J’ai hâte !

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Évidemment, je remercie ma famille qui a su me soutenir et me remonter le moral, malgré l’océan qui nous sépare.

Je remercie mes amis de « la cagette », ainsi que ceux de l’INAF et de l’IUCPQ, étudiants au doctorat pour la plupart, mais aussi mes autres amis qui travaillent et ne comprennent pas toujours nos conversations, pour les moments sérieux concernant nos projets respectifs, mais surtout pour les franches rigolades que l’on a pu avoir lors de nos activités et soirées. Merci d’avoir réussi à me divertir lorsque je frôlais le « burning out » !

Finalement, je remercie tous les collaborateurs et personnes qui ont participé de près ou de loin aux travaux réalisés et présentés dans cette thèse. Ces travaux n’auraient pas pu être réalisés sans vous.

Et évidemment, je vous remercie vous, cher lecteur, d’entreprendre la lecture d’un si gros document. J’espère que vous y prendrez autant de plaisir à le lire que j’en ai eu à l’écrire !

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A

VANT

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PROPOS

Cette thèse avait pour objectif de mettre en lumière le rôle des nutriments laitiers vis-à-vis de la réponse inflammatoire. Le présent document synthétise les travaux réalisés durant mes études doctorales sous la direction du Dre Iwona Rudkowska au Centre de recherche du CHU de Québec. Cette thèse débute par une revue de littérature (Chapitre 1) dont le but est de mettre en contexte les travaux afin d’aboutir à l’énoncé des objectifs et de l’hypothèse de recherche (Chapitre 2). S’en suivent cinq articles originaux pour lesquels je suis l’auteure principale (Chapitres 3, 4, 5, 6 et 7), publiés ou en voie de publication. Enfin, le Chapitre 8 énonce les principaux points de discussion, ainsi que la conclusion et les perspectives des travaux présentés.

Le premier article original, intitulé « Associations between dairy intake and metabolic risk parameters in a healthy French-Canadian population » a été publié dans la revue Applied

Physiology Nutrition and Metabolism en 2014. Il s’agit d’une étude transversale utilisant les

données alimentaires et biochimiques des individus ayant participé à l’étude « Génétique, acides gras oméga-3 et facteurs de risque cardiovasculaire (FAS) ». Mes collaborateurs pour ce manuscrit ont été les Dres Marie-Claude Vohl, Simone Lemieux et Iwona Rudkowska, qui ont élaboré le protocole de l’essai clinique et réalisé la collecte des données, le Dr Patrick Couture, qui a assuré le suivi médical des participants, ainsi que le Dr Pierre Julien qui a réalisé l’analyse des lipides. Dans le cadre de cette étude, j’ai réalisé les analyses statistiques, interprété les données et rédigé le manuscrit. Le Dre Iwona Rudkowska m’a supervisé et guidé pour chacune de ces étapes. Tous les co-auteurs ont lu et approuvé la version finale du manuscrit.

Le deuxième article original, « Natural rumen-derived trans fatty acids are associated with metabolic markers of cardiac health.» a été publié dans la revue Lipids en 2015. Il s’agit là encore d’une étude transversale utilisant les données alimentaires et biochimiques de 200 participants issus de la cohorte INFOGÈNE. Contrairement à l’étude précédente qui impliquait des participants n’étant pas en surpoids, les données de cette étude étaient issues de participants ayant un poids santé ou obèses, permettant ainsi la comparaison. Mes collaborateurs pour ce manuscrit ont été les Drs Louis Pérusse et Marie-Claude Vohl qui ont élaboré le protocole de l’étude et réalisé la collecte des données, ainsi que le Dr Pierre Julien qui a réalisé l’analyse des lipides. Dans le cadre de cette étude, j’ai réalisé les

xvii

analyses statistiques, interprété les données et rédigé le manuscrit. Le Dre Iwona Rudkowska m’a supervisé et guidé pour chacune de ces étapes. Tous les co-auteurs ont lu et approuvé la version finale du manuscrit.

Les résultats des études populationnelles nous ont indiqué que les acides gras trans naturellement retrouvés dans les produits laitiers pourraient avoir des effets bénéfiques sur la santé cardiométabolique. Nous avons alors élaboré un modèle in vitro afin de déterminer les effets de ces acides gras trans sur l’inflammation. Ces travaux ont mené à la rédaction du troisième manuscrit, intitulé « Trans-fatty acids suppress inflammatory gene expression in endothelial (HUVEC) and hepatocellular carcinoma (HepG2) cells ». L’article a été publié dans la revue Lipids en mars 2017. Mes collaborateurs pour ce projet ont été le Dr Pierre Julien, qui a réalisé l’analyse des lipides dans les membranes cellulaires, le Dr Jean-François Bilodeau, qui a mesuré les quantités de prostaglandines dans les surnageants des cellules, ainsi que le Dr Olivier Barbier, qui nous a fourni le matériel nécessaire pour la culture cellulaire et guidé dans l’interprétation des résultats. Pour cette étude, j’ai élaboré le protocole expérimental pour le traitement avec les acides gras trans, réalisé les expériences et les analyses statistiques, interprété les données et rédigé le manuscrit. Le Dre Iwona Rudkowska m’a supervisé et guidé pour chacune de ces étapes. Tous les co-auteurs ont lu et approuvé la version finale du manuscrit.

Au cours de ma revue de littérature, j’ai rapidement mis en évidence que l’effet des protéines laitières sur l’inflammation était peu répertorié, particulièrement in vitro. En utilisant un modèle cellulaire similaire aux travaux précédents, plusieurs composés protéiques du lait ont été examinés. Ces travaux ont mené à la rédaction du quatrième manuscrit, intitulé « Whey protein hydrolysate and branched-chain amino acids downregulate inflammation-related genes in vascular endothelial cells ». Le manuscrit a été publié dans la revue

Nutrition Research en janvier 2017. Mes collaborateurs pour ce projet ont été le Dr Olivier

Barbier, ainsi que son étudiant au doctorat Cyril Bigo, qui nous ont fourni le matériel nécessaire pour la culture cellulaire et guidé dans l’interprétation des résultats. Pour cette étude, j’ai élaboré les protocoles expérimentaux, réalisé les expériences et les analyses statistiques, interprété les données et rédigé le manuscrit. Le Dre Iwona Rudkowska m’a supervisé et guidé pour chacune de ces étapes. Tous les co-auteurs ont lu et approuvé la version finale du manuscrit.

xviii

Enfin, nous avons voulu mettre en évidence une potentielle synergie entre les acides gras

trans laitiers et les protéines. Nous avons donc incubé les cellules endothéliales avec des

combinaisons d’acides gras trans laitiers et de composés protéiques. Ces travaux ont mené à la rédaction du cinquième manuscrit « Modulation of the biomarkers of inflammation and oxidative stress by ruminant trans fatty acids and dairy proteins in vascular endothelial cells (HUVEC) ». Le manuscrit a été soumis à la revue Prostanglandins, leukotrienes and

essential fatty acids le 17 mars 2017. Mes collaborateurs pour ce projet ont été le Dr Pierre

Julien, qui nous a guidé dans l’interprétation des résultats, Jessica Larose, Karine Greffard et le Dr Jean-François Bilodeau, qui ont réalisé les expérimentations permettant de mesurer les isoprostanes et les prostaglandines avec les techniques de spectroscopie de masse, ainsi que le Dr Olivier Barbier, qui nous a fourni le matériel nécessaire pour la culture cellulaire et guidé dans l’interprétation des résultats. Pour cette étude, j’ai élaboré le protocole expérimental, réalisé les expériences de culture cellulaire et d’expression des gènes, effectué les analyses statistiques, interprété les données et rédigé le manuscrit. Le Dre Iwona Rudkowska m’a supervisé et guidé pour chacune de ces étapes. Tous les co-auteurs ont lu et approuvé la version finale du manuscrit.

Parallèlement aux travaux présentés dans cette thèse, j’ai eu l’occasion de travailler sur d’autres projets de recherche durant mon doctorat. Avec l’aide du Dre Rudkowska et de notre stagiaire au baccalauréat, Dominic Chartrand, nous avons mis en évidence une potentielle amélioration des paramètres glycémiques via la régulation du gène de la glucokinase par les protéines laitières. Ces données ont abouti à la rédaction du manuscrit intitulé « Dairy product consumption interacts with glucokinase (GCK) gene polymorphisms to modulate insulin resistance: potential of dairy proteins ». Le manuscrit a été soumis à la revue Journal of Personalized Medicine le 18 mai 2017.

Mes études doctorales ont été particulièrement marquées par la découverte d’un intérêt pour l’écriture. En effet, sous la supervision du Dre Iwona Rudkowska, j’ai rédigé quatre revues de littérature qui ont été publiées entre 2014 et 2017. La revue de littérature intitulée « Dairy nutrient effect on inflammatory profile in molecular studies: A review », publiée dans le journal Molecular Nutrition and Food Research en 2015, regroupe les études in vitro s’intéressant aux effets des différents nutriments laitiers sur l’inflammation. Cette revue de littérature m’a beaucoup aidé dans l’élaboration de mes protocoles et dans la rédaction de cette thèse. J’ai également rédigé deux revues de littérature qui ont été publiées dans

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dans les essais cliniques : « Dairy products on metabolic health: Current research and clinical implications » et « Novel functional foods for optimal oxidative status in healthy ageing ». Enfin, la revue de littérature « Dietary fats and F2-isoprostanes: a review of the

clinical evidence », publiée dans Critical Reviews in Food Science and Nutrition en 2016, a été rédigée avec nos collaborateurs, les Drs Pierre Julien et Jean-François Bilodeau. Pour finir, j’ai rédigé un chapitre de livre sous l’initiative du Dre Iwona Rudkowska, qui sera publié en 2017 : « Macro components in dairy and their effect on inflammation in animal and cell studies » dans l’ouvrage intitulé Nutrients in Dairy and Their Implications on Health and

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NTRODUCTION

Les données épidémiologiques rapportent qu’une consommation adéquate de produits laitiers (2 à 4 portions par jour) diminuerait le risque de diabète de type 2 (DT2) (Aune et al. 2013, Lovegrove and Givens 2016). De plus, la consommation de matière grasse laitière a été associée à une augmentation de la sensibilité à l’insuline et à une diminution de l’accumulation de graisses dans le foie de patients souffrant de stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD) (Kratz et al. 2014). Bien que l’hyperglycémie chronique soit la caractéristique pathologique principale du DT2, cette maladie chronique s’accompagne d’autres anomalies métaboliques, telles qu’une dyslipidémie, un stress oxydatif et une inflammation systémique chronique, exposant les diabétiques au risque de maladies cardiovasculaires (MCV). Au Canada, la prévalence du diabète a presque doublé entre 2000 et 2010, engendrant des coûts évalués à 11,7 milliards de dollars en 2010, et il est estimé que 10,8 % de la population canadienne sera atteinte de diabète d’ici 2020 (Association Canadienne du Diabète and Diabète Québec 2011). Ainsi, l’adoption d’un régime alimentaire sain, incluant les produits laitiers, est à la base de la stratégie de prévention et de gestion du DT2 (Ley et al. 2014).

Les mécanismes à l’origine de l’action bénéfique des produits laitiers ne sont pas exactement connus; cependant, les produits laitiers pourraient améliorer la composante inflammatoire, qui est une caractéristique commune aux maladies cardiométaboliques que sont le DT2, les MCV et la NAFLD. À cet effet, une revue systématique de la littérature regroupant 52 essais cliniques conclut que les produits laitiers ont un effet bénéfique sur l’inflammation, spécifiquement chez les individus souffrant du syndrome métabolique et donc à risque de DT2 (Bordoni et al. 2015). Toutefois, les produits laitiers ont un effet variable sur les marqueurs inflammatoires dans les études cliniques impliquant des individus métaboliquement sains (Labonté et al. 2013, Da Silva and Rudkowska 2014). L’effet des produits laitiers sur l’inflammation peut donc être influencé par le statut inflammatoire des individus.

La composition en nutriments des différents produits laitiers peut également influencer l’effet des produits laitiers sur l’inflammation. Le lait est une denrée alimentaire riche en nutriments, incluant acides gras, protéines et minéraux. La matière grasse laitière contient une grande proportion d’acides gras saturés, connus pour induire un profil pro-inflammatoire et le

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développement des maladies métaboliques (Kennedy et al. 2009). Toutefois, les études épidémiologiques ne rapportent pas d’association entre la consommation de matière grasse laitière et l’augmentation du risque d’obésité et de MCV (Huth and Park 2012, Kratz et al. 2013). Ces données suggèrent que les effets délétères potentiels des acides gras saturés du lait seraient contrebalancés par d’autres acides gras contenus dans les produits laitiers. Notamment, la matière grasse laitière contient des acides gras trans, dont l’effet sur l’inflammation n’est pas clairement établi. Les protéines et acides aminés du lait pourraient également jouer un rôle dans l’amélioration des paramètres métaboliques (Jakubowicz and Froy 2013). De plus, les avancées en nutrigénomique ont permis d’identifier plusieurs nutriments bioactifs pouvant influencer l’expression des gènes. Ainsi, il a été démontré que certains nutriments laitiers pouvaient réguler l’expression des gènes inflammatoires (Bruckbauer et al. 2009, Sagaya et al. 2012).

Cette thèse se propose de déterminer l’effet des nutriments laitiers, seuls ou en combinaisons, sur l’expression des gènes et la libération de molécules inflammatoires. L’hypothèse générale est que la réponse inflammatoire est influencée par la composition en nutriments des différents produits laitiers, notamment en acides gras et en protéines, ainsi que par le statut inflammatoire des individus. La présente thèse débute par un chapitre de revue de littérature introduisant les notions d’inflammation dans un contexte de maladies métaboliques, ainsi que les différents nutriments laitiers. Cette revue de littérature présente également les connaissances actuelles concernant l’effet des produits laitiers et de leurs nutriments, particulièrement les acides gras trans et les protéines, sur les paramètres inflammatoires dans des modèles humains, animaux et cellulaires.

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont par la suite été divisés en deux objectifs principaux. Le premier objectif visait à déterminer les relations entre la consommation de produits laitiers et les paramètres métaboliques, incluant l’inflammation, au sein d’une population de Canadiens français. Nous avons pour cet objectif utilisé les données alimentaires et biochimiques de deux cohortes de participants recrutés dans la région de Québec : Génétique, acides gras oméga-3 et facteurs de risque cardiovasculaire (FAS) et INFOGÈNE.

Le deuxième objectif de cette thèse était d’identifier les macronutriments laitiers pouvant agir seuls ou en combinaison(s) sur l’expression des gènes liés à la réponse inflammatoire

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dans des modèles cellulaires appropriés. Nous avons ainsi testé les acides gras trans laitiers, ainsi que plusieurs composés protéiques en utilisant un modèle de cellules endothéliales et/ou hépatiques, qui sont de bons modèles in vitro pour étudier l’inflammation systémique chronique dans le cadre du DT2 et de ses maladies associées. Des combinaisons de nutriments ayant démontré un potentiel anti-inflammatoire individuellement ont été également examinées. Pour une partie des cellules, l’état inflammatoire a été induit afin de vérifier si la réponse aux nutriments laitiers était différente. Le but de ces travaux était de collecter assez d’informations pour permettre la mise en place d’études in vivo.

4

C

HAPITRE

1 :

R

EVUE DE LITTÉRATURE

1 L’inflammation

1.1 Généralités

1.1.1 Différents types d’inflammation

L’inflammation est un mécanisme de défense activé par l’organisme pour faire face aux agressions extérieures, telles que les pathogènes et les blessures. On parle alors d’inflammation de type aigüe. L’inflammation aigüe est un état temporaire qui se termine par l’activation des mécanismes de résolution de l’inflammation. Lorsque les mécanismes de résolution ne sont pas activés, l’inflammation devient chronique. L’inflammation chronique de haute intensité est un état pathologique et est l’une des caractéristiques des maladies inflammatoires chroniques de l’intestin et de la polyarthrite rhumatoïde. Enfin, l’inflammation chronique de faible intensité, dite « asymptomatique », peut être provoquée par des perturbations métaboliques comme l’obésité. C’est précisément ce type d’inflammation qui va être étudié dans le cadre de cette thèse. Les caractéristiques des trois types d’inflammation (aigüe, chronique de haute intensité et chronique de faible intensité) sont résumées dans le Tableau 1.

Tableau 1. Les trois types d'inflammation et leurs caractéristiques. Traduit de (Calder et al. 2013) INFLAMMATION

Aigüe Chronique – haute intensité

Chronique – faible intensité

Déclenchement Pathogènes, lésions des tissus Échec de l’activation de la résolution de l’inflammation, due à la présence permanente de corps étrangers ou de réactions auto-immunes Perturbations métaboliques; quelques infections chroniques Cellules majeures impliquées Neutrophiles et autres granulocytes, monocytes, macrophages, lymphocytes T Monocytes, macrophages, lymphocytes T et B, neutrophiles, fibroblastes Monocytes, macrophages, lymphocytes T et B, neutrophiles, adipocytes (si le tissu adipeux est impliqué)

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INFLAMMATION Aigüe Chronique – haute

intensité Chronique – faible intensité Médiateurs primaires Amines vasoactives, eicosanoïdes, chimiokines et cytokines Cytokines, chimiokines, eicosanoïdes, facteurs de croissance, espèces réactives de l’oxygène, hydrolases Cytokines, chimiokines, adipokines (si le tissu adipeux est impliqué), eicosanoïdes, espèces réactives de l’oxygène, hydrolases

Apparition Immédiate Différée Différée

Durée Quelques jours Illimitée Illimitée

Conséquence Résolution, formation d’abcès, inflammation chronique

Destruction des tissus, fibrose, nécrose

Aucune pathologie manifeste, lésion des tissus (vasculaires), résistance à l’insuline, accumulation

intracellulaire des lipides

1.1.2 Le stress oxydatif

De manière similaire à l’inflammation, le stress oxydatif est un mécanisme de défense de l’organisme face aux pathogènes. Cependant, le stress oxydatif peut devenir chronique suite à une perturbation de l’équilibre entre les défenses antioxydantes et la production de molécules pro-oxydantes, les radicaux libres. L’excès de radicaux libres, principalement les espèces réactives de l’oxygène (ROS) et de l’azote (RNS), entraine l’oxydation des biomolécules (acides nucléiques, lipides, protéines et glucides), pouvant provoquer des désordres métaboliques. Notamment, le stress oxydatif est présent chez les individus atteints de DT2 (Laight et al. 2000). Le stress oxydatif est étroitement lié à l’inflammation. Tel qu’indiqué dans le Tableau 1, les ROS sont des médiateurs primaires de l’inflammation chronique. En effet, le stress oxydatif peut induire une réaction inflammatoire (Calder et al. 2009). De plus, une supplémentation en antioxydants diminue les paramètres inflammatoires (Goya et al. 2016). Ces données suggèrent que l’inflammation et le stress oxydatif activent des mécanismes cellulaires communs. De ce fait, le stress oxydatif devrait être considéré lorsque l’on étudie l’inflammation systémique chronique.

Les F2-isoprostanes (F2-isoP) sont une famille de molécules considérées comme des

biomarqueurs stables du stress oxydatif (Lawson et al. 1999, Roberts and Morrow 2000, Cracowski et al. 2002, Morrow 2004, Montuschi et al. 2004, Basu 2008). Les isoprostanes F2, F3 et F4 sont des molécules similaires aux prostaglandines, produites par l’oxydation

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non-enzymatique des acides gras polyinsaturés, respectivement l’acide arachidonique, l’acide eicosapentaénoïque (EPA) et l’acide docosahexaénoïque (DHA) (Lawson et al. 1999). Plus précisément, l’oxydation de l’acide arachidonique mène à la formation de 4 classes d’isomères de position de F2-isoP, dénommées séries 5, 12, 8, ou 15 selon la

nomenclature de Taber ou encore classes VI, V, IV ou III selon la nomenclature de Rockach (Figure 1). Chaque classe d’isomère de position est composée de seize diastéréoisomères (Morrow 2006). Il y a donc potentiellement 64 isomères de F2-isoP.

Figure 1. Nomenclature et formation des F2-isoprostanes à partir de l’acide arachidonique. Tirée de

(Milne et al. 2015).

Cependant, la majorité des études ne mesure qu’un seul isomère, le 8-iso-PGF2α, également

nommé 15-F2t-Isop (nomenclature de Taber) ou iPF2α-III (nomenclature de Rockach), pour

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tissus grâce au développement de tests immunologiques disponibles dans le commerce. C’est donc cet isomère, mesuré dans le plasma ou l’urine, qui est souvent considéré comme un biomarqueur fiable du stress oxydatif.

1.2 Mécanismes cellulaires de l’inflammation

La production de molécules inflammatoires implique plusieurs voies métaboliques, activées par des récepteurs spécifiques tels que les récepteurs de type péage (TLR) ou encore les récepteurs aux cytokines (Figure 2). L’activation de ces récepteurs mène à l’activation des facteurs de transcription, tels que le facteur nucléaire kappa B (NF-κB) et la protéine activatrice 1 (AP-1). Les facteurs de transcription ont la particularité de pouvoir se lier à l’ADN dans le noyau des cellules, afin de réguler l’expression des gènes inflammatoires (Lumeng and Saltiel 2011).

Figure 2. Représentation schématique des principales voies cellulaires menant à la production de

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Spécifiquement, la voie NF-κB (Figure 3) régule de nombreux gènes inflammatoires codant pour des cytokines (interleukines, facteur de nécrose tumorale (TNF), interféron gamma (IFNG)), les chimiokines (CCL2, CCL5), les molécules d’adhésion (sélectines, ICAM1,

VCAM1), ou encore COX2, iNOS et CRP. Le dysfonctionnement de la voie NF-κB a été

associé à de nombreuses maladies chroniques (Kumar et al. 2004). La voie NF-κB peut être activée par des cytokines pro-inflammatoires, le lipopolysaccharide (LPS) produit par les bactéries, mais aussi par les molécules oxydées et les ROS.

Figure 3. Représentation schématique de la voie de signalisation de NF-κB. Tirée de (Pasparakis

2009).

Bien que les voies impliquant des facteurs de transcription soient majoritaires, d’autres voies inflammatoires peuvent être activées dans la cellule (Figure 2). Par exemple, l’inflammasome NLRP3 permet la maturation et la sécrétion des interleukines IL-1β et IL-18 (Lackey and Olefsky 2015). Enfin, une voie inflammatoire bien connue est la synthèse d’eicosanoïdes à partir de l’acide arachidonique présent dans les membranes cellulaires (Funk 2001). Cette voie conduit à la production des prostaglandines PGE2, PGD2, PGI2 et

PGF2α et du thromboxane A2, produits par l’oxydation enzymatique de l’acide arachidonique

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augmentées en présence d’inflammation, ce sont donc des biomarqueurs communément évalués dans les études cliniques et précliniques (Ricciotti and Fitzgerald 2011).

1.2.2 Rôle des récepteurs activés par les proliférateurs de peroxysomes (PPAR) dans la diminution de l’inflammation

Les PPAR sont des protéines appartenant à la famille des récepteurs nucléaires et sont également des facteurs de transcription, régulant ainsi l’expression de plusieurs gènes, pour la plupart liés au métabolisme énergétique de la cellule. Il existe trois isoformes de PPAR : PPAR-α, PPAR-β/δ et PPAR-γ. Bien que chaque isoforme ait ses spécificités en termes de distribution dans les tissus, de ligands et de rôles physiologiques, tous les PPAR sont impliqués dans l’homéostasie lipidique et glucidique (Grygiel-Górniak 2014). De plus, les acides gras insaturés sont des ligands naturels des PPAR, c’est pourquoi ces récepteurs nucléaires ont fait l’objet d’un intérêt croissant en nutrition ces dernières années (Grygiel-Górniak 2014).

En plus de leur rôle dans la régulation du métabolisme énergétique, les PPAR auraient également un effet anti-inflammatoire (Daynes and Jones 2002) (Figure 4). En effet, l’activation de PPAR-γ diminue la sécrétion de cytokines dans une culture de monocytes (Jiang et al. 1998). Une étude a également démontré que l’activation de PPAR-γ dans les adipocytes inhibait la voie NF-κB et donc l’inflammation (Ruan et al. 2003). Enfin, l’activation de PPAR-α dans les modèles cellulaires inhibe les voies inflammatoires NF-κB et AP-1, réprimant ainsi l’expression du gène IL-6 (Delerive et al. 1999).

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Figure 4. Mécanismes anti-inflammatoires des PPAR. Adaptée de (Daynes and Jones 2002). L’activation des PPAR a donc potentiellement un rôle anti-inflammatoire. Les acides gras insaturés sont des ligands naturels des PPAR, ce qui peut expliquer en partie leur rôle anti-inflammatoire.

1.3 Inflammation et maladies métaboliques

L’inflammation chronique de faible intensité est une caractéristique commune aux principales maladies et/ou désordres métaboliques, tels que l’obésité, la résistance à l’insuline, le DT2, les MCV ou encore la NAFLD (Hotamisligil 2006, Lumeng and Saltiel 2011). Les sections suivantes présentent brièvement l’état actuel des connaissances établissant le lien entre l’inflammation et ces maladies.

1.3.1 Obésité, résistance à l’insuline et diabète de type 2

De mauvaises habitudes alimentaires et un mode de vie sédentaire ont entrainé un gain de poids et une augmentation de l’indice de masse corporelle (IMC) chez les hommes comme chez les femmes ces dernières décennies (Ezzati and Riboli 2013). L’expansion du tissu adipeux entraine un dysfonctionnement des adipocytes ainsi que l’infiltration de macrophages, activant la libération de cytokines pro-inflammatoires (Weisberg et al. 2003, Calder et al. 2011, Apostolopoulos et al. 2016) (Figure 5). De plus, l’augmentation de

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l’expression des gènes inflammatoires IL6, IL8, ICAM1, TNF, IFNG et COX2 dans les plaquettes, les leucocytes et le tissu adipeux a été corrélée à l’augmentation de l’IMC dans les études chez l’humain (Nair et al. 2005, Freedman et al. 2010).

L’inflammation systémique chronique a également été associée à une augmentation de la résistance à l’insuline (Shoelson et al. 2006), ce qui expose les individus obèses au risque de DT2. Chez les diabétiques de type 2, les taux plasmatiques de cytokines pro-inflammatoires, notamment IL-6, TNF-α et CRP sont plus élevés que chez les non diabétiques (Calder et al. 2013). De plus, une méta-analyse rapporte que des taux plasmatiques de CRP et d’IL-6 élevés augmentent le risque de DT2 (Wang et al. 2012a). Les acides gras libres en circulation et l’hyperglycémie activent la voie NF-κB, via la stimulation des récepteurs TLR-2 et TLR-4 notamment dans les monocytes et les adipocytes (Guilherme et al. 2008, Dasu and Jialal 2011). Ces données révèlent le lien existant entre l’inflammation, l’obésité et le DT2.

Figure 5. Représentation schématique des effets de la prise de poids à l’origine de l’inflammation

dans le tissu adipeux. Adaptée de (Gustafson et al. 2007).

1.3.2 Maladies hépatiques

L’obésité et la résistance à l’insuline sont des facteurs de risque majeurs de la NAFLD. Sous sa forme la plus sévère, la NAFLD peut évoluer en fibrose, cirrhose et finalement en cancer du foie (Sun and Karin 2012). Une étude clinique a démontré que les patients souffrant de NAFLD avaient des concentrations sériques en TNF-α et en IL-8 plus élevées que les

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individus obèses sains. De plus, les auteurs ont également rapporté que la concentration circulante en TNF-α était un prédicteur indépendant de la fibrose (Jarrar et al. 2008). Chez les souris, l’obésité favorise un environnement pro-inflammatoire et l’oncogenèse dans le foie, en augmentant les concentrations de TNF-α et d’IL-6 en circulation (Park et al. 2010). Ces données nous indiquent que l’inflammation est également impliquée dans la NAFLD.

1.3.3 Maladies cardiovasculaires

L’inflammation a été associée au dysfonctionnement des cellules endothéliales et au développement de l’athérosclérose (Rocha and Libby 2009). L’endothélium est impliqué dans la régulation de la tonicité vasculaire, la perméabilité et la maintenance de l’homéostasie vasculaire (Landmesser et al. 2004), notamment via la production de monoxyde d’azote (NO). La production de NO est catalysée par l’enzyme eNOS (synthase endothéliale de monoxyde d’azote, ou NOS3), à partir de l’acide aminé L-arginine. Le dysfonctionnement des cellules endothéliales est caractérisé par une diminution de la biodisponibilité du NO. L’inflammation, l’excès de ROS et l’altération de l’action de l’insuline inhibent la production de NO (Laight et al. 2000) et activent la production d’endothéline (Potenza et al. 2009) dans les cellules endothéliales, à l’origine du dysfonctionnement endothélial (Figure 6).

Figure 6. Dysfonctionnement endothélial chez les diabétiques de type 2. L’excès de ROS entraine

une diminution de la disponibilité du NO, qui va activer le recrutement des macrophages. Adaptée de (Potenza et al. 2009).

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Le dysfonctionnement endothélial active la production des molécules d’adhésion ICAM-1 et VCAM-1, ainsi que le recrutement des macrophages. Ces macrophages vont infiltrer l’endothélium et produire des molécules pro-inflammatoires (TNF-α, IL-1β et IL-6), qui vont activer la prolifération des cellules musculaires lisses et le dépôt de graisses dans la paroi des vaisseaux sanguins, pouvant conduire au développement de l’athérosclérose (Glass and Witztum 2001). De plus, le stress oxydatif présent chez les diabétiques de type 2 est à l’origine du dysfonctionnement de la fonction endothéliale, exposant fortement les personnes diabétiques au risque de MCV.

Pour résumer, bien que considérée comme asymptomatique, l’inflammation systémique chronique provoquée par l’expansion du tissu adipeux cause la résistance à l’insuline et altère les tissus vasculaire et hépatique, favorisant le développement du DT2, des MCV et des maladies hépatiques. De ce fait, l’endothélium et les hépatocytes semblent de bons modèles in vitro pour étudier l’inflammation systémique chronique dans le cadre du DT2 et de ses maladies associées. Étant donné que la nutrition joue un rôle important dans le développement du DT2, il n’est pas à exclure que l’alimentation influence également la composante inflammatoire. Les produits laitiers font partie intégrante d’un régime alimentaire sain. Ils contiennent de nombreux nutriments pouvant influencer les paramètres inflammatoires. De ce fait, la prochaine section va s’intéresser au rôle des produits laitiers dans la réponse inflammatoire.

2 Les produits laitiers

2.1 Composition moyenne du lait

Par définition, les produits laitiers sont un groupement de denrées alimentaires incluant le lait et les produits transformés à base de lait de vache. Les principaux produits laitiers sont le lait, le yogourt, le fromage, le beurre et la crème. Le lait, à la base de tous les produits laitiers, est une denrée alimentaire riche en nutriments, ce qui en fait une bonne source d’énergie, de lipides, de protéines et de minéraux pour l’alimentation humaine. La composition moyenne du lait de vache est présentée dans le Tableau 2. Cette composition,

notamment en lipides et en protéines, est sujette à de légères variations en fonction de la race de la vache, de la période de lactation, de l’alimentation et de la saison.

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Tableau 2. Composition moyenne du lait de vache. Adapté de (Walstra et al. 2006). Composants Teneur moyenne (g / 100 g) Étendue (g / 100 g)

Eau 87,1 85,3 – 88,7

Solides non gras 8,9 7,9 – 10,0

Lactose 4,6 3,8 – 5,3

Lipides 4,0 3,8 – 5,3

Protéines 3,3 2,3 – 4,4

Minéraux 0,70 0,57 – 0,83

Le lait contient les trois classes de macronutriments, dans des proportions quasiment égales : un glucide (le lactose), mais aussi des lipides et des protéines. Les micronutriments du lait incluent des minéraux, tels que le calcium, le magnésium, le potassium et le phosphore, ainsi que des vitamines liposolubles A et D.

2.2 Produits laitiers et inflammation : une réponse variable

Plusieurs interventions ayant étudié l’effet de la consommation de produits laitiers rapportent soit un effet bénéfique soit aucun effet sur les paramètres cardiométaboliques, tels que la glycémie, l’IMC, le profil lipidique, la tension artérielle, l’inflammation et le stress oxydatif (Da Silva and Rudkowska 2014).

Une étude observationnelle a rapporté que les personnes consommant plus de 14 portions de produits laitiers par semaine avaient des taux plasmatiques de CRP, d’IL-6 et de TNF-α significativement plus faibles (respectivement -29 %, -9 % et -20 %) que les personnes consommant peu de produits laitiers (Panagiotakos et al. 2010). Les produits laitiers peuvent également influencer l’expression des gènes inflammatoires. En effet, une étude a démontré que le transcriptome des cellules mononuclées de sang périphérique de sujets sains était modulé différemment 6 heures après l’ingestion de lait (575 transcrits) ou de yogourt (625 transcrits) (Sagaya et al. 2012). Spécifiquement, l’ingestion de lait ou de yogourt a diminué l’expression des gènes inflammatoires et augmenté l’expression des gènes codant pour des protéines antioxydantes (Sagaya et al. 2012). Cependant, au niveau clinique, une revue systématique de 8 essais cliniques a conclu qu’une consommation adéquate de produits laitiers n’affectait pas les taux plasmatiques de CRP, IL-6 et TNF-α chez les sujets en surpoids ou obèses (Labonté et al. 2013). Parmi les 8 essais inclus dans la revue, 4 ont montré un effet bénéfique et 4 ont montré aucun effet, ce qui démontre une certaine variabilité de la réponse aux produits laitiers sur les paramètres inflammatoires.

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Dans leur revue systématique de la littérature, Bordoni et al. ont établi un score inflammatoire à partir de 78 résultats issus de 52 essais cliniques, afin de caractériser l’effet des produits laitiers sur une multitude de paramètres inflammatoires (Bordoni et al. 2015). De manière similaire à la revue de Labonté et al., les résultats (Figure 7) montrent que la majorité des études ont un score inflammatoire soit nul (pas d’effet, 27 résultats), soit positif (effet anti-inflammatoire, 32 résultats), tandis que 19 résultats ont un score négatif (effet pro-inflammatoire). En résumé, 76 % des résultats des études ont un score inflammatoire soit nul, soit positif.

Figure 7. Distribution du score inflammatoire de 78 résultats issus de 52 essais cliniques évaluant

l'effet des produits laitiers sur l'inflammation. Adaptée de (Bordoni et al. 2015).

Ainsi, le score moyen des études était significativement considéré comme anti-inflammatoire (score : 1,4; p=0,008). De plus, lorsque les résultats ont été stratifiés selon l’état de santé des participants, les produits laitiers avaient un score d’autant plus anti-inflammatoire chez les individus ayant un profil métabolique détérioré (score : 3,9; p=0,001) que chez les individus sains (score : 1,7; p=0,02) (Bordoni et al. 2015). Les produits laitiers auraient donc un effet bénéfique particulièrement chez les individus présentant un profil métabolique détérioré, tel que les individus souffrant du syndrome métabolique. L’hétérogénéité de la réponse aux produits laitiers peut également être le reflet d’un manque de distinction entre les différents produits laitiers dans les études; les procédés de transformation du lait donnant naissance à une gamme de produits laitiers

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nutritionnellement diversifiée. En stratifiant les résultats selon la catégorie de produits laitiers, Bordoni et al. 2015 rapportent que les produits laitiers faibles en matière grasse ont un score anti-inflammatoire plus élevé que les produits laitiers riches en matière grasse (Tableau 3). De même, les produits laitiers fermentés ont un meilleur score inflammatoire que les produits laitiers non-fermentés.

Tableau 3. Score inflammatoire en fonction de la catégorie de produits laitiers de 78 résultats issus

de 52 essais cliniques évaluant l'effet des produits laitiers sur l'inflammation. Adapté de (Bordoni et al. 2015). Catégorie de produits laitiers Nombre de résultats Score inflammatoire moyen Valeur p

Teneur faible en gras 20 4,1 0,001

Teneur élevée en gras 35 1,8 0,012

Fermentés 16 2,4 0,04

Non-fermentés 33 1,8 0,11

Globalement, la consommation de produits laitiers ne semble pas avoir un effet délétère sur les paramètres inflammatoires, cependant les résultats des études cliniques publiées à ce jour ne permettent pas de statuer sur un effet bénéfique ou neutre des produits laitiers sur l’inflammation associée aux maladies cardiométaboliques. En effet, l’hétérogénéité des résultats des essais cliniques rend complexe l’interprétation quant au rôle des produits laitiers sur l’inflammation. Tel que mis en évidence par Bordoni et al. 2015, cette hétérogénéité peut s’expliquer par l’état de santé des participants et par la catégorie de produits laitiers considérée.

En résumé, les produits laitiers ont soit un effet bénéfique, soit aucun effet sur les paramètres inflammatoires dans les études cliniques réalisées chez l’humain. Néanmoins, les produits laitiers semblent avoir un effet anti-inflammatoire chez les participants ayant un profil métabolique détérioré, retrouvé par exemple chez les participants souffrant du syndrome métabolique. Les études épidémiologiques ont révélé un manque de connaissances sur les mécanismes cellulaires régulés par les différents nutriments du lait. Le lait possède un profil varié en acides gras et en composés protéiques, théoriquement capables de moduler les marqueurs inflammatoires. Cependant l’effet des acides gras trans laitiers et des protéines demeure controversé, voire incertain (Da Silva and Rudkowska 2015). De plus, il n’est pas à exclure que quelques nutriments laitiers spécifiques puissent avoir un effet additif ou synergique sur la régulation de l’inflammation. Les prochaines

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sections constituent donc un état de l’art des connaissances existantes sur l’effet des acides gras trans laitiers et des protéines laitières sur les paramètres inflammatoires.

3 Les acides gras trans laitiers

3.1 La matière grasse laitière

La matière grasse laitière est retrouvée dans le lait sous forme de globules gras de quelques micromètres de diamètre, en émulsion plus ou moins stable dans la phase aqueuse. Elle est composée à plus de 98 % de lipides neutres (triglycérides) et minoritairement de lipides complexes (phospholipides, sphingolipides) ainsi que d’autres composés liposolubles tels que le cholestérol et les vitamines liposolubles (Boutonnier 2006). Plus de 400 triglycérides sont présents dans la matière grasse laitière, dont 43 en quantités significatives (Jensen et al. 1991). Un triglycéride étant composé de trois acides gras, le profil complexe des triglycérides laitiers est lié au profil très diversifié des acides gras de la matière grasse laitière.

Le profil en acides gras de la matière grasse laitière (Figure 8) se distingue des autres sources de matière grasse de par sa diversité (Pereira 2014).

Figure 8. Profil d'acides gras de la matière grasse laitière (g pour 100 g). Adaptée de

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Premièrement, la matière grasse laitière contient environ 60 % d’acides gras saturés (AGS), notamment de l’acide palmitique (16:0), l’acide myristique (14:0) et l’acide stéarique (18:0). La matière grasse laitière contient également des AGS à courte et moyenne chaîne (4:0 à 12:0) ainsi que des AGS à nombre impair de carbones (l’acide pentadécylique 15:0 et l’acide margarique 17:0), dont les effets biologiques demeurent méconnus. Deuxièmement, la matière grasse laitière contient des acides gras insaturés, dont l’acide oléique (9c-18:1) et les acides gras essentiels : l’acide linoléique (9c12c-18:2, un oméga 6) et l’acide alpha linolénique (6c9c12c-18:3, un oméga 3). Enfin, la particularité de la matière grasse laitière est la présence naturelle d’acides gras trans (AGT), notamment l’acide trans-vaccénique (11t18:1), l’acide trans-palmitoléique (9t16:1), ainsi que les acides linoléiques conjugués (CLA, 9c11t-18:2 et 10t12c-18:2). Les AGT représentent environ 5,7 % de la matière grasse laitière (Mendis et al. 2008). Avec une telle diversité d’acides gras, il est possible que la matière grasse laitière influence le risque cardiométabolique, dont les marqueurs inflammatoires.

3.1.2 Les acides gras de la matière grasse laitière en tant que biomarqueurs de la consommation de produits laitiers

3.1.2.1 Les acides gras dans les tissus reflètent la diète

Le profil des acides gras dans les tissus, déterminé principalement dans le tissu adipeux et le sang, est corrélé avec les acides gras provenant de l’alimentation (Hodson et al. 2008). Cette relation est d’autant plus significative pour les acides gras polyinsaturés, les AGT et les AGS à nombre impair de carbone, qui sont produits en quantités minoritaires dans l’organisme et donc majoritairement apportés par l’alimentation. Dans le tissu adipeux, organe de stockage des acides gras avec un faible taux de renouvellement, le profil des acides gras permet d’évaluer l’apport en acides gras sur plusieurs années. Cependant, l’obtention des échantillons de tissu adipeux est invasive et coûteuse (biopsies), c’est pourquoi de nombreuses études déterminent le profil des acides gras dans le sang. Le profil des acides gras dans le sang reflète la diète à plus court terme (de quelques semaines à quelques mois). Plusieurs compartiments sanguins peuvent être utilisés pour déterminer le profil des acides gras : le sérum, le plasma, les érythrocytes, ou plus rarement le sang dans son intégralité (Hodson et al. 2008). Dans chaque compartiment sanguin, les acides gras sous forme libre ou contenus dans les phospholipides peuvent être mesurés. De plus, dans le sérum, il est possible de mesurer le profil des acides gras dans les esters de cholestérol

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et les triglycérides. Dans tous les cas, les acides gras provenant de l’alimentation ont été plus ou moins fortement corrélés au profil des acides gras dans le sang, quel que soit le compartiment choisi (Hodson et al. 2008). Néanmoins, une étude rapporte que les phospholipides plasmatiques sont un biomarqueur de choix pour estimer l’apport en AGT (Mansour et al. 2001).

3.1.2.2 Les acides gras laitiers sont des biomarqueurs de la consommation de produits laitiers

Avec une telle diversité en acides gras, il a été suggéré que certains acides gras spécifiques à la matière grasse laitière, peu ou pas synthétisés par l’organisme humain, pourraient être utilisés en tant que biomarqueurs de la consommation de produits laitiers. C’est le cas des AGS à nombre impair de carbone et plus récemment, de l’acide trans-palmitoléique. Plusieurs études observationnelles ont rapporté que la teneur en acide gras 15:0 dans plusieurs tissus, et dans une moindre mesure en acide gras 17:0 et en acide trans-palmitoléique, étaient corrélés positivement avec la consommation déclarée de produits laitiers (Baylin et al. 2002, Brevik et al. 2005, Biong et al. 2006, Sun et al. 2007, Thiébaut et al. 2009, Aslibekyan et al. 2012, de Oliveira Otto et al. 2013, Nestel et al. 2014, Santaren et al. 2014, Yakoob et al. 2014, 2016, Albani et al. 2016). En revanche, deux études interventionnelles ont démontré que la consommation de trois produits laitiers par jour pendant environ un mois augmentait les teneurs en acides gras 15:0 et 17:0, mais pas les teneurs en acide trans-palmitoléique dans le plasma (Abdullah et al. 2015) ou les phospholipides plasmatiques (Benatar and Stewart 2014). En résumé, l’acide gras 15:0 mesuré dans le tissu adipeux, les esters de cholestérol ou les phospholipides est considéré comme un biomarqueur valide de la consommation de matière grasse laitière dans de nombreuses populations (Riserus and Marklund 2017).

Toutefois, la validité de ces biomarqueurs de la consommation de produits laitiers a souvent été remise en question. En effet, les acides gras 15:0 et 17:0 sont également présents en quantités significatives dans le poisson et ne seraient donc pas de bons biomarqueurs de la consommation de produits laitiers dans une population consommant beaucoup de poisson (Lankinen and Schwab 2015). Dans une lettre à l’éditeur, Walisundera M Nimal Ratnayake évoque également la présence d’autres sources alimentaires pour les acides gras 15:0, 17:0 ainsi que l’acide trans-palmitoléique (Ratnayake 2015). De plus, l’acide

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isomérisation cis/trans provoquée par le stress oxydatif (Hung et al. 2016). Enfin, des mesures effectuées dans les érythrocytes d’individus végétaliens ou végétariens laissent supposer que les acides gras 15:0 et 17:0 pourraient être synthétisés de manière endogène (Pfeuffer and Jaudszus 2016). Ainsi, ces acides gras doivent être utilisés avec précaution pour évaluer la consommation de produits laitiers.

3.1.3 Matière grasse laitière et santé cardiométabolique

Un régime alimentaire riche en graisses saturées est fortement corrélé à l’augmentation du risque de MCV et de DT2 (Ebbesson et al. 2010, Micha and Mozaffarian 2010). La matière grasse laitière, contenant plus de 60 % d’AGS, est donc considérée comme une denrée à risque pour la santé cardiométabolique. De nombreuses études ont démontré que les AGS, particulièrement les acides laurique, palmitique et stéarique, avaient un effet pro-inflammatoire en activant la voie TLR-4/NF-κB dans divers tissus (Shi et al. 2006, Rocha et al. 2016). L’acide myristique activerait également la voie NF-κB et les gènes inflammatoires dans les adipocytes (Han et al. 2010, Dordevic et al. 2014). Dans les modèles de macrophages, une étude a démontré que l’acide myristique activait le récepteur TLR-4 et la réponse inflammatoire (Shi et al. 2006), alors que deux autres études rapportent que cet acide gras n’activait pas les voies inflammatoires, ni la sécrétion de cytokines (Håversen et al. 2009, Erridge and Samani 2009). L’effet de l’acide myristique est également controversé dans les cellules endothéliales (Harvey et al. 2010, Soto-Vaca et al. 2013). Il a été proposé que les profils pro-inflammatoires observés dans les études cellulaires impliquant des AGS étaient liés à la présence d’endotoxines dans l’albumine commerciale, une protéine utilisée pour complexer les AGS (Erridge and Samani 2009, Murumalla et al. 2012). Néanmoins, les résultats des études précliniques pris dans leur ensemble pointent vers un effet pro-inflammatoire des acides gras à longue chaîne, majoritaires dans la matière grasse laitière. Toutefois, au niveau épidémiologique, la matière grasse laitière n’a pas été associée à une augmentation du risque de maladies métaboliques (Huth and Park 2012, Louie et al. 2013). Cette association peut s’expliquer par le fait que les individus consommant des produits laitiers ont généralement un régime alimentaire plus sain, contenant par exemple moins de boissons sucrées (Vartanian et al. 2007). Néanmoins, des teneurs élevées dans les tissus en acides gras biomarqueurs de la consommation de matière grasse laitière (15:0, 17:0 et acide trans-palmitoléique) ont été associées à une diminution de l’incidence des MCV (Warensjö et al. 2010, de Oliveira Otto et al. 2013) et du DT2 (Santaren et al. 2014, Yakoob